YKDS1550圆等厚振动筛的设计

YKDS1550圆等厚振动筛的设计The design of circular equal thickness vibrating screen YKDS1550目 录摘要关键词1前言1.1课题研究的背景及意义1.2振动筛的研究发展现状圆振动筛的设计摘要：本文采用离散元法（DEM）模拟了线性振动筛上复杂颗粒的流动特性和筛分效率，利用可调试验样机筛选的数据对仿真结果进行了验证。在此基础上，提出了一种基于支持向量机（SVM）的非线性回归建模方法，并将其应用于振动筛结构与运行参数度量模型，不仅可行，而且对需要大规模迭代计算的参数优化具有很强的适应性。将DEM与SVM相结合建立的非参数模型。结合PSO算法进行后续的参数优化，为振动筛的设计与制造提供了思路。关键词：线性振动筛；离散元法；非线性回归建模；非参数模型In this paper, we simulated the complex particle flow-behavior and screening eficiency on a linearvibrating screen using the Discrete Element Method (DEM). The simulations were validated with data from an adjustable experimental prototype screen. Then the novel application of non-linear regression modeling based on Support Vector Machines (SVM) is used for mapping the sample space of operating parameters and vibrating screen confguration. Lastly, parameter optimization is implemented using Particle swarm Optimization (PSO) algorithm. The primary findings proved that the SVM-based nonpara-metric model is not only feasible, but also highly adaptive to the parameter optimization that requires large- scale iterative computation. The non-parametric model established using the integration of DEM and SVM, combined with PSO algorithm in subsequent parameter optimization offered insights to the design and manufacture of vibrating screens.Key words: linearvibrating screen；Discrete Element Method；non-linear regression modeling The non-parametric model established第1章 绪论1.1振动筛的概念振动筛是处理物料时常用的筛分设备,筛机能够对物料进行脱水、脱泥、脱介、分级、按粒径或质量分选等,因此,筛分机械在煤炭、水利、矿业、制盐、粮食加工、化工等各个行业得到了广泛的应用。目前,一半以上的振动筛都存在强度低、噪声大,使用寿命低等问题。随着设计的逐渐完善，椭圆形振动筛能够很好的解决很多存在的问题。1.2振动筛设备的组成振动筛一般由进料结构构、筛体、出料结构、传动结构、机架等部分组成。进料结构是由进料套筒和进料箱组成。进料套筒采用偏心锥形圆筒，起缓冲作用;进料箱是由可调料板和均布挡板组成，起导料和调节流量的作用。振动筛筛体是由钢板焊接及螺栓连接而成，通过橡胶弹簧和机架相连接，筛体由两层抽屉式的筛格构成，筛格配有冲孔的薄钢板筛面。传动结构由两台振动电机组成，振动电机装在筛体的左右两侧圆盘上，采用双向振动电机，利用两端的偏重块产生激振力，两个偏心块产生的离心力沿筛体横向方向上互相抵消，而沿筛体纵向方向上相叠加，带动筛体做往复的直线运动。1.3振动筛的工作原理振动筛二工作时，两电机同步反向旋转使激振器产生反向激振力，迫使筛体带动筛网做纵向运动，使其上的物料受激振力而周期性向前抛出一个射程，从而完成物料筛分作业。适宜采石场筛分砂石料，也可供选煤、选矿、建材、电力及化工等行业作产品分级用。振动筛工作部分固定不动，靠物料沿工作面滑动而使物料得到筛分。固定格筛是在选矿厂应用较多的一种，一.般用于粗碎或中碎之前的预先筛分。它结构简单，制造方便。不耗动力、可以直接把矿石卸到筛面_上。主要缺点是生产率低、筛分效率低，一般只有50-60%。振动筛工作面是由横向排列的一根根滚动轴构成的，轴上有盘子，细粒物料就从滚轴或盘子间的缝隙通过。大块物料由滚轴带动向一端移动并从末端排出。选矿厂一般很少用这种筛子。振动筛工作部分为圆筒形，整个筛子绕筒体轴线回转，轴线在一般情况下装成不大的倾角。物料从圆筒的一端给入，细级别物料从筒形工作表面的筛孔通过，粗粒物料从圆筒的另一端排出。圆筒筛的转速很低、工作平稳、动力平衡好。但是其筛孔易堵塞、筛分效率低，工作面积小，生产率低。选矿厂很少用它来作筛分设备。振动筛机体是-一个平面内摆动或振动。按其平面运动轨迹又分为直线运动、圆周运动、椭圆运动和复杂运动。摇动筛和振动筛属于这一类。振动筛工作时，两电机同步反向放置使激振器产生反向激振力，迫使筛体带动筛网做纵向运动，使其上的物料受激振力而周期性向前抛出一一个射程，从而完成物料筛分作业。摇动筛是以曲柄连杆机构作为传动部件。电动机通过皮带和皮带轮带动偏心轴回转，借连杆使机体沿着一定方向作往复运动。机体运动方向垂直于支杆或悬杆中心线，由于机体的摆动运动，使筛面.上的物料以一定的速度向排料端移动，物料同时得到筛分。摇动筛与上述几种筛子相比，其生产率和筛分效率都比较高。其缺点是动力平衡差。现在选矿厂很少用它，而被结构更合理的振动筛取代。1.4振动筛在国内外的发展现状振动筛分机是工矿企业普遍应用的筛分设备技术水平的高低和质量的优劣,关系到工艺效果的好坏、生产效率的高低和能源节省的程度，从而直接影响企业的经济效益。而振动筛以它结构简单、处理能力大、工作可靠等优点在所有筛分设备中占有绝对优势，其占有量约为95%。最近几年，各国对振动筛分技术的研究很重视，如强化振动参数，设备大型化，筛机零部件的三化，自同步技术的推广应用，新筛机的出现等都是围绕着振动筛发展起来的。下面就振动筛发展概况、品种规格、结构强度作一下阐述。1.4.1国外研究现状国外从16世纪开始筛分机械的研究与生产，在18世纪欧洲工业革命时期，筛分机械得到迅速发展，到本世纪,筛分机械发展到一个较高水平。德国申克公司可提供260多种筛分设备，STK公司生产的筛分设备系列品种较全，技术水平较高，KHD公司生产200多种筛分设备，通用化程度较高，KUP公司和海因勒曼公司都研制了双倾角的筛分设备。美国RN0公司新研制DF11型双频率筛，采用了不同速度的激振器。DRK公司研制成三路分配器给料，一台高速电机驱动。日本东海株式会社和RXR公司等合作研制了垂直料流筛，把旋转运动和旋回运动结合起来，对细料-次分级特别有效。英国为解决从湿原煤中筛出细粒末煤，研制成功旋流概率筛。前苏联研制了一种多用途兼有共振筛和直线振动筛优点的自同步直线振动筛。1.4.2国内研究现状由于工业发展缓慢，基础比较薄弱，理论研究和技术水平落后，我国筛分机械的发展是本世纪近50年的事情，大体上可分为三个阶段。(1)仿制阶段:这期间，仿制了前苏联的I1yn系列圆振动筛、BKT-11BKT-OM型摇动筛:波兰的WK.15圆振动筛、CJM-2型摇动筛和WP1WP2型吊式直线振动筛。这些筛分机仿制成功，为我国筛分机械的发展奠定了坚实的基础，并培养:了一一批技术人员。(2)自行研制阶段:从1966年到1980年研制了一批性能优良的新型筛分设备,1500毫米X3000毫米重型振动筛及系列，15m、30m共振筛及系列，煤用单轴、双轴振动筛系列，YK和ZKB自同步直线振动筛系列，等厚、概率筛系列，冷热矿筛系列。这些设备虽然存在着故障较多、寿命较短的问题，但是它们的研制成功基本上满足了国内需要，标志着我国筛分机走上了独立发展的道路。(3)提高阶段:进入改革开放的80年代，我国筛分机也进入了一个新的发展阶段。成功研制了振动概率筛系列、旋转概率筛系列，完成了箱式激振器等厚筛系列、自同步重型等厚筛系列、重型冷热矿筛系列、弛张筛、螺旋三段筛的研制，粉料直线振动筛、琴弦振动筛、旋流振动筛、立式圆筒筛的研制也取得成功。2圆等厚振动筛的方案设计1 筛网 2 万向联轴器 3 激振器 4 轮胎联轴器 5 齿轮箱 6 电动机 7膜片联轴器图1（传动方案一）1 筛网 2 万向联轴器 3 激振器 4 电动机 5膜片联轴器3圆等厚振动筛的设计计算1 参数的确定1.1工艺参数1.1.1 筛面的宽和长应符合JB/T 145的规定。1.1.2 处理量的校核，由于实际工况十分复杂，国内外的计算方法很不统一，推荐下列计算方法：a）煤炭筛分QQ=Fq=450 t/h（1）式中：F筛面有效面积，m2； q单位处理量（查表），t/（h m2）；1.1.3 处理量的校核还可参照下述公式进行。用于筛分时（煤炭）a）流量法：Q=3600Bhv=3600231=348.84 t/h（2）式中：B筛面宽度，m； h筛面上物料层的厚度（查表），m； v物料运动的平均速度，m/s； 物料的松散密度，t/m3。对于圆振动筛，物料运动的平均速度v可按下式计算：V=KqNn2A1000g（1+22tg3）18=0.323 m/s （3）式中：Kq修正系数（查表）； N常数，取0.18m/s； n振动次数，r/min； A振幅，m； g重力加速度，取9.81m/s2； 筛面倾角，（18）。2运动学参数2.1振动强度K，根据目前的机械水平，K值一般在38的范围内，（此处取K值为4）；2.2抛射强度Kv,根据振动筛的用途选取，圆振动筛一般取Kv=3.05.0（此处取Kv=4）。2.3筛面倾角，对圆振动筛一般取1525（此处取18）。2.4筛箱振幅A，是设计振动筛的重要参数之一，其值必须适宜，以保证物料充分分层，减少堵塞，以利透筛。通常取A=36mm（此处取3.5mm）.2.5振动筛振动频率f,按下式计算：对圆振动筛：F=12gKvcos2A=16.59 Hz（4）式中：f振动频率。Hz； Kv抛射强度； 筛面倾角。2.6实际强度Ks，按下式校核：Ks=A2g=3.88K（5）式中：K预选的振动强度，或Ks值过大，应在调A和的同时并验算Kv，g=9.8m/s2。3动力学参数3.1参振质量M=M1+M2+M3+M4+M5+M6=4125 kg（6）经验公式：M=筛面面积（m2）500600（kg/m2） =1.55.0550=4125 kg式中：M1筛箱质量，kg； M2振动器质量，kg； M3支撑装置上的弹簧总质量，kg； M4联轴器及其罩的质量，kg； M5物料质量，kg； M5fwBLHi fw物料系数，取0.2； L筛面的长度,m； Hi各层筛面上料层平均厚度的总和，m； M6其他参振质量，kg。3.2弹簧刚度K对单质量系统：K=g2M=1.625106 N/m（7）式中：K系统中弹簧的总刚度，N/m； g系统的固有频率，rad/s； g=（1/31/7）j； j振动的圆频率，rad/s； j=n30 n筛箱振动次数，r/min； M参振质量，kg。3.3块偏心振动器的偏心块质量和回转半径关系MA=nzWkr（8）式中：M参振质量，kg； nz偏心块的组数； Wk每组偏心块的质量，kg； r偏心块的回转半径，m。4电动机的选择计算4.1根据振动筛起动力矩较大的特点，采用Y系列电动机。计算中需进行静起转矩的校核。4.2电动机功率N的计算N=1（N1+N2）=12.71 kw （9）式中：传动效率；取0.95； N1振动消耗的功率；N1=CMA2n21740480 =7.16 kw （10）式中：C阻尼系数，推荐C=0.20.3；（此处取0.25） n振动次数，r/min；（995.4 r/min） N2摩擦消耗的功率；N2=fmMAn3d1740480=4.91 kw （11） fm摩擦系数；0.002 d振动器轴的直径，m。 300mm4.3起动转矩的校核 所选电动机静起动转矩应满足：MqMj（12）式中：Mj静转矩； Mj=9.8nzWkr Nm Mq电动机的静起转矩（查有关电子手册），Nm注：电动机型号Y160M2-2 额定功率15KW 转速2930r/min 速度2.8mm/s 质量125kg5主要零件的设计与计算5.1轴承5.1.1轴的受力分析圆振动筛所用的偏心振动器，有一根通轴，其上装有两组偏心块，偏心块的旋转产生强大的激振力，激发振动器也使自身振动，因此该轴承受着偏心块旋转产生的离心力F1及偏心块产生的惯性力Fg，轴及偏心块的自重Wz及Wk，支撑反力RA、RB，静转矩Mj。当F1、Wz、Wk方向一致时，轴受力最大。受力状态如下图所示。5.1.2轴承的计算与选择上图中，力Wz及Wk与F1相比很小，为简化计算略去不计；力Fg与F1方向相反，略去Fg使之偏于安全。这样轴承上的轴向力为零，径向力为：R=RA=RB=F1=Wkrj2=78452.36 N（13）式中：j振动的圆频率，rad/s。轴承的额定动负荷为：C=fhfpfnftp=1340227.82（14）式中：C轴承额定动负荷，N； P当量动负荷P=R，N； fh、fp、fn、ft在轴承手册的有关表中选取，其中额定寿命为1000h。根据振动器的工作特点，选用大游隙（3G）轴承。5.2轴的强度验算根据振动器的结构，轴的形状、载荷分布及弯矩、扭矩图见下图。轴材料为45钢，按类载荷计算，其许用弯曲应力为：w =93.1MPa危险断面的当量弯矩Mt为：Mt=M2+（T）2=28635.256 Nm（15）式中：M弯矩，Nm；M=F1L F1离心力，N； L危险断面到F1点的距离，m； 根据扭矩性质而定的折合系数：对不变扭矩取0.3； T扭矩，Nm； T=9.55Nn103 N输入的功率，kw； n轴的转速，r/min。危险断面的应力应满足：w=MtZw （16）式中：w弯曲应力，pa； Z截面模数，m3。5.3弹簧5.3.1圆柱形橡胶弹簧的计算圆柱形橡胶弹簧几何尺寸见下图。Z0=jg=37=5.25（17）式中：Z0-频率比，小型筛取小值，大型筛取大值。Kd=Knt=406335.7（18）式中：Kd-单个弹簧的刚度，N/m；K-弹簧的总刚度，N/m；=g2M=1625342.8125nt-支撑弹簧的个数。（4） h=（46）A=0.0175（19）式中：h-弹簧的最大变形量，m；hH00.150.20=0.20（20）DH0=0.51.0=1.0（21）式中：H0-弹簧的自由高度，m； D-弹簧的外径，m。 =D-d4H0=0.21（22）式中：-受压面积与自由面积之比； d-弹簧内孔直径，m。Kx=1.2（1+1.652）=1.29（23）Ed=1.2Ej=3106N/m2（24）式中：Kx-外形系数；Ed-动弹性模量，N/m2；Ej-静弹性模量，N/m2。（2.5 N/m2）静弹性模量与邵氏硬度的关系式为：Ej=3.57105e0.033Hs（25）式中：Hs-橡胶弹簧的邵氏硬度，度。静弹性模量与橡胶邵氏硬度关系曲线图如下图Kd=EdKxFH0-h=390791.69 （26）式中：F-弹簧的受压面积，m2。强度应满足：j=hKdF=838.313j（31）式中：g梁的固有频率，rad/s； an振型常数，an=an（an=1,2,3，an，这里取an=1）； E材料弹性模量，N/m2； I惯性矩，m4； m1单位长度上的质量，kg/m； j振动圆频率，rad/s。5.4.3紧固件振动筛的关键联接部位（例如：振动器体、横梁、后挡板及排料嘴与侧板）应采用高强度螺栓或环槽铆钉联接。螺栓与环槽铆钉的工作原理基本上是一致的。在联接中，构件间力的传递是靠钢板间的摩擦力实现的，而摩擦力则是由紧固件给钢板的夹紧力产生的。在装配时要求钢板表面进行喷砂或去油污、消除杂物等处理，以保证有足够的接触面积和摩擦系数。联接形式和受力状态如图所示，其中高强度螺栓联接图(a),